多垮預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁靜載試驗

1、預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁靜載試驗1靜力試驗荷載的確定本次試驗的主要目的是檢驗結(jié)構(gòu)承載能力是否符合設(shè)計要求，故采用基本荷載加載。按照公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程（JTG/T J21-2011）規(guī)定，計算各控制截面在設(shè)計荷載作用下最不利效應(yīng)值的等效荷載。等效荷載計算公式如下：式中：靜力試驗荷載效率系數(shù)；Sstat：試驗荷載作用下，某一加載項目對應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位等的最大計算效應(yīng)值；S：設(shè)計標準活荷載不計沖擊荷載作用時產(chǎn)生的該加載試驗項目對應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位等的最不利計算效應(yīng)值；（1+）：設(shè)計計算取用的動力系數(shù)。其中為按規(guī)范采用的沖擊系數(shù)。綜合考慮靜力試驗荷載效率、控制斷面的設(shè)計彎矩值及加載車輛的來源

2、等因素，本次等效荷載采用4輛三軸重載汽車充當，試驗車輛的軸距以及滿載重量見表 1。表 1 加載車輛規(guī)格表車號前中軸距 （cm）中后軸距 （cm）后輪距（cm）前軸重（kN）中軸重（kN）后軸重（kN）總重（kN）140014019092.8 185.6 185.6 464.0 240014019093.0 186.0 186.0 465.0 340014019091.8 183.6 183.6 459.0 440014019092.4 184.8 184.8 462.0 2測試位置及項目按照公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程（JTG/T J21-2011）的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合該橋現(xiàn)場實際情況，本次靜載試

3、驗測試位置選取左幅邊孔（即第1孔）正彎矩最不利位置、支點（1#墩頂）負彎矩最不利位置及次邊孔（即第2孔）正彎矩最不利位置。測試項目包括：（1）邊孔正彎矩最不利位置橫橋向偏心和對稱荷載工況下各控制斷面上、下緣應(yīng)力，各控制點撓度；（2）1#墩頂負彎矩最不利位置橫橋向偏心工況下各控制斷面上下緣應(yīng)力；（3）次邊孔正彎矩最不利位置橫橋向偏心和對稱荷載工況下各控制斷面上、下緣應(yīng)力，各控制點撓度；主要測試截面位置如圖 1所示，各控制截面測試項目如表 2所示。圖 1 測試截面位置示意圖注：“-、-、-”符號表示主要測試截面。表 2 各控制截面測試項目表截面編號位置測試項目邊孔（第1孔）跨中正彎矩最不利位置截面

4、應(yīng)變與撓度1#墩頂負彎矩最不利位置截面應(yīng)變次邊孔（第2孔）跨中正彎矩最不利位置截面應(yīng)變與撓度3測量儀器與方法本橋靜力荷載試驗各測試項目所用儀器和方法如下：（1）應(yīng)力測試儀器應(yīng)力測試采用先測出應(yīng)力測點處的應(yīng)變，然后根據(jù)材料的物理特性由應(yīng)變計算出應(yīng)力的方法。此種方法應(yīng)變測量的傳感器是電阻應(yīng)變片，配DH3815靜態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集箱、微型計算機及支持軟件組成。數(shù)據(jù)采集箱與微型計算機通過RS-232C串行通信進行數(shù)據(jù)傳輸。支持軟件能自動完成預(yù)調(diào)平衡，自動采樣、定時采樣以及對初始值、長導線、靈敏系數(shù)修正等功能。每臺計算機可控制16臺數(shù)據(jù)采集箱，每臺數(shù)據(jù)采集箱可測60點，采樣速率為12點秒。

5、（2）撓度測試儀器根據(jù)本橋現(xiàn)場實際情況，結(jié)合目前撓度測量方法，本次靜載試驗采用懸掛鋼絲法（配機械百分表）進行撓度測量。（3）混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，采用人工目力檢查，并輔以裂縫觀測儀測量其寬度，鋼卷尺測量裂縫的長度。4加載位置與加載工況的確定試驗加載位置與加載工況的確定主要依據(jù)以下原則進行：（1）盡可能用最少的加載車輛達到最大的試驗荷載效率；（2）在滿足試驗荷載效率以及能夠達到試驗?zāi)康那疤嵯?，加載工況進行簡化、合并；（3）每一加載工況依據(jù)某一加載試驗項目為主，兼顧其他加載試驗項目。本次靜載試驗主要有下列幾種加載工況（1）工況一為邊孔正彎矩最不利加載位置橫橋向外側(cè)偏心工況，工況二為邊孔正彎矩最不利加載位

6、置對稱布載，見圖5-2圖5-4；（2）工況三為次邊孔正彎矩最不利加載位置外側(cè)偏心布載，工況四為次邊孔正彎矩最不利加載位置橫橋向?qū)ΨQ布載，見圖5-2圖5-4；（3）工況五為支點負彎矩最不利加載位置橫橋向外側(cè)偏心布載，見圖5-2圖5-3；上述加載位置的縱向排列，見圖 2所示，試驗車輛橫橋向外側(cè)偏心和橫橋向?qū)ΨQ布載時的位置，見圖 3、圖 4所示。圖 2 試驗車輛縱向布置示意圖注：工況一、二為邊孔正彎矩最不利位置橫橋向外側(cè)偏心、橫橋向?qū)ΨQ加載工況；工況三、四為次邊孔正彎矩最不利位置橫橋向外側(cè)偏心、橫橋向?qū)ΨQ加載工況；工況五為1#墩頂負彎矩最不利位置橫橋向外側(cè)偏心加載工況。圖 3 試驗車輛橫橋向外側(cè)偏心

7、布置示意圖（單位：m）注：1、a）為橫橋向一輛車外側(cè)偏心布載；b）為橫橋向二輛車外側(cè)偏心布載；c）為橫橋向三輛車外側(cè)偏心布載。 2、工況一、三按a、b、c分級加載；工況五按a、b分級加載。圖 4 試驗車輛橫橋向?qū)ΨQ布置示意圖（單位：m）注：1、a）為一輛車橫橋向?qū)ΨQ布載；b）為二輛車橫橋向?qū)ΨQ布載；c）為三輛車橫橋向?qū)ΨQ布載。 2、工況二、四按a、b、c分級加載。5測點布置在進行測點布置時，全面考慮T梁及其他各主要構(gòu)件中控制截面，或控制點在試驗荷載作用下的受力狀態(tài)，以保證獲取結(jié)構(gòu)的強度與剛度的實測數(shù)據(jù)。T梁的主要測點布設(shè)為：跨中及各四分點撓度；支點沉降（墩頂位移）；控制截面應(yīng)變。附加測點的設(shè)置

8、：應(yīng)變沿控制截面橋?qū)挿较蚍植?；?yīng)變沿截面高度分布；裂縫的監(jiān)測等。5.1 T梁控制截面內(nèi)應(yīng)力測試當T梁在其最不利荷載作用下時，通過對控制截面內(nèi)的應(yīng)力測定，可以考核其強度是否滿足使用要求。本次控制截面應(yīng)力測試采用表面粘貼式應(yīng)變計方式獲得。T梁應(yīng)力測試關(guān)鍵截面共布置3個，分別為邊孔跨中截面、支點截面和次邊孔跨中截面，見圖5-5所示，控制截面應(yīng)力測點布置如圖 6、 7所示。圖 5 控制應(yīng)力測試截面示意圖注：圖中，截面I-、-、-表示T梁控制應(yīng)力測試截面。圖 6 -、-測試截面T梁應(yīng)力傳感器布置示意圖說明：a）6#、7#、8#、9#、10#、11#為-、-截面T梁底面應(yīng)力測點控制截面；b）1#、2#、3

9、#、4#、5#為-、-截面T梁側(cè)面應(yīng)力測點； c）圖中應(yīng)力測點方向均沿梁軸向方向，以測量控制截面在彎矩作用下應(yīng)力變化情況。 圖 7 -測試截面T梁應(yīng)力傳感器布置示意圖說明：a）1#、2#、3#、4#、5#、6#為截面T梁側(cè)面應(yīng)力測點； b）圖中應(yīng)力測點方向均沿梁軸向方向，以測量控制截面在彎矩作用下應(yīng)力變化情況。 5.2主梁撓度測量考慮到本橋的受力特點及本橋測試工況，本次靜載試驗撓度測點縱向布置在支點、L/4、L/2、3L/4跨徑位置，撓度測點布置詳見圖 8所示。圖 8 撓度測點布置示意圖6 試驗荷載效率系數(shù)試驗荷載效率是橋梁靜載試驗的一項主要參數(shù)，效率系數(shù)選用是否滿足規(guī)范要求，直接關(guān)系到靜載試

10、驗的成敗與效果，為此對該橋的理論計算采用了Midas civil 2010軟件進行分析后，獲得本橋各測試斷面實際靜力試驗荷載效率系數(shù)，詳見表 3。表 3 試驗荷載效率 荷載效應(yīng) 項 目公路級效應(yīng)彎矩（kNm）試驗荷載效應(yīng)彎矩（kNm）試驗效率系數(shù)邊孔正彎矩6657.336991.261.05次邊孔正彎矩5655.815963.841.05支點負彎矩-5248.48-5043.400.967試驗加載程序靜力荷載加載各工況的試驗程序見表 4靜載試驗工況表。表 4 靜載試驗工況表工況號荷載位置測試內(nèi)容01零荷載相關(guān)測試項目的初始值1-11輛加載車邊孔正彎矩外側(cè)偏心布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值1-22

11、輛加載車邊孔正彎矩外側(cè)偏心布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值1-33輛加載車邊孔正彎矩外側(cè)偏心布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值02零荷載相關(guān)測試項目的卸載值2-11輛加載車邊孔正彎矩橫橋向?qū)ΨQ布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值2-22輛加載車邊孔正彎矩橫橋向?qū)ΨQ布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值2-33輛加載車邊孔正彎矩橫橋向?qū)ΨQ布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值03零荷載相關(guān)測試項目的卸載值3-11輛加載車次邊孔正彎矩外側(cè)偏心布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值3-22輛加載車次邊孔正彎矩外側(cè)偏心布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值3-33輛加載車次邊孔正彎矩外側(cè)偏心布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值04零荷載相關(guān)測試項目的卸載值4-11輛

12、加載車次邊孔正彎矩橫橋向?qū)ΨQ布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值4-22輛加載車次邊孔正彎矩橫橋向?qū)ΨQ布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值4-33輛加載車次邊孔正彎矩橫橋向?qū)ΨQ布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值05零荷載相關(guān)測試項目的卸載值5-12輛加載車1#墩負彎矩外側(cè)偏心布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值5-24輛加載車1#墩負彎矩外側(cè)偏心布載測試各測點的應(yīng)變及撓度值06零荷載相關(guān)測試項目的卸載值（1）為了使結(jié)構(gòu)進入正常的工作狀態(tài)，在進行正式加載試驗前，用一輛試驗車在試驗孔跨中部位進行23次橫橋向?qū)ΨQ的反復(fù)預(yù)加載。（2）預(yù)加載卸至零荷載，并在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷載恢復(fù)后，進入正式加載試驗。正式加載試驗按加載工況序號進行

13、，完成一個序號的加載工況，在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷載恢復(fù)后，再進入下一個序號的加載工況。8測試結(jié)果與分析下面對本次靜載試驗結(jié)果按應(yīng)力測試、撓度測試、殘余變形及抗裂性分析的順序進行分析。8.1 應(yīng)力測試結(jié)果與分析在進行各工況的應(yīng)力數(shù)據(jù)對比分析時，選取了對應(yīng)加載工況的測試值與對應(yīng)位置的理論值對比分析。由表5-5表5-7各工況應(yīng)力對比數(shù)據(jù)（應(yīng)力正向規(guī)定：拉為正，壓為負），可知：（1）由表5-5知：邊孔-應(yīng)力控制截面在邊孔正彎矩橫橋向偏心和對稱荷載作用下，控制斷面梁底最大拉應(yīng)力為3.25MPa，小于理論值4.82MPa；應(yīng)力各測點校驗系數(shù)最大為0.87，小于1.0。（2）由表5-6知：次邊孔-應(yīng)力控制截面

14、在次邊孔正彎矩橫橋向偏心和對稱荷載作用下，控制斷面梁底最大拉應(yīng)力為2.64MPa，小于理論值4.12MPa；各測點校驗系數(shù)最大為0.88，小于1.0。（3）由表5-7知：-、-、-應(yīng)力控制截面在各工況橫橋向偏心荷載作用下，實測應(yīng)力沿梁高基本呈線性分布，說明T梁在試驗荷載下應(yīng)力截面處于彈性工作狀態(tài)。 綜上所述，該橋試驗孔各測點實測應(yīng)力與理論應(yīng)力相比，校驗系數(shù)均小于1.0，說明該橋結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求。表 5 控制截面梁底應(yīng)力數(shù)據(jù)邊孔正彎矩橫橋向偏心荷載最不利工況測點梁號1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁實測值（MPa）3.13 3.25 3.09 2.50 1.81 0.86 理論值（MPa）

15、4.42 4.82 4.91 4.35 2.87 0.99 校驗系數(shù)0.71 0.67 0.63 0.58 0.63 0.87 邊孔正彎矩橫橋向?qū)ΨQ荷載最不利工況測點梁號1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁實測值（MPa）1.91 3.00 2.88 2.74 2.07 1.23 理論值（MPa）2.38 3.95 4.86 4.86 3.95 2.38 校驗系數(shù)0.81 0.76 0.59 0.56 0.52 0.52 測試截面T梁應(yīng)力傳感器布置示意圖說明：a）6#11#測點為-截面1#6#T梁底面應(yīng)力測點控制截面；b）1#、2#、3#、4#、5#為-截面6#T梁側(cè)面應(yīng)力測點； c）圖中應(yīng)力

16、測點方向均沿梁軸向方向，以測量控制截面在彎矩作用下應(yīng)力變化情況。 注：（1）表中應(yīng)力值均為在試驗荷載作用下T梁表面應(yīng)力增量；（2）應(yīng)力拉為正、壓為負；（3）表中“/”表示該測點數(shù)據(jù)異?；驊?yīng)變片損壞。表 6 控制截面梁底應(yīng)力數(shù)據(jù)次邊孔正彎矩橫橋向偏心荷載最不利工況測點梁號1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁實測值（MPa）2.25 2.64 2.49 2.12 1.92 0.64 理論值（MPa）3.71 4.12 4.26 3.81 2.46 0.73 校驗系數(shù)0.61 0.64 0.58 0.56 0.78 0.88 次邊孔正彎矩橫橋向?qū)ΨQ荷載最不利工況測點梁號1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁

17、6#梁實測值（MPa）0.99 1.70 1.83 1.86 1.54 1.46 理論值（MPa）1.90 3.40 4.24 4.24 3.40 1.90 校驗系數(shù)0.52 0.50 0.43 0.44 0.45 0.77 測試截面T梁應(yīng)力傳感器布置示意圖說明：a）6#11#測點為截面1#6#T梁底面應(yīng)力測點控制截面；b）1#、2#、3#、4#、5#為截面6#T梁側(cè)面應(yīng)力測點； c）圖中應(yīng)力測點方向均沿梁軸向方向，以測量控制截面在彎矩作用下應(yīng)力變化情況。 注：（1）表中應(yīng)力值均為在試驗荷載作用下T梁表面應(yīng)力增量；（2）應(yīng)力拉為正、壓為負；（3）表中“/”表示該測點數(shù)據(jù)異?；驊?yīng)變片損壞。表 7

18、 各偏心加載工況梁高方向應(yīng)力數(shù)據(jù)工況及測點梁高位置（cm）實測值（MPa）理論值（MPa）應(yīng)力分布圖邊孔偏心加載工況邊孔邊梁側(cè)面測點182-1.04 -2.00 170-0.90 -1.57 1250.31 0.01 851.01 1.42 402.17 3.01 03.13 4.42 次邊孔偏心加載工況次邊孔邊梁側(cè)面測點182-1.17 -1.68 170-0.75 -1.32 1250.22 0.01 850.70 1.19 402.02 2.52 02.25 3.71 支點負彎矩偏心加載工況支點邊梁側(cè)面測點1821.39 2.07 1701.12 1.69 1250.11 0.25 85

19、-0.73 -1.03 40-1.50 -2.47 5-1.48 -3.59 8.2 撓度測試結(jié)果與分析該橋試驗孔不同加載工況的撓度具體測試數(shù)據(jù)及理論值見表5-8表5-12所示（撓度數(shù)據(jù)向上為正，向下為負）：（1）由表5-8、表5-11知：在邊孔正彎矩橫橋向偏心和對稱最不利荷載作用下，邊孔跨中最大撓度值為-3.90mm，小于理論值-8.16mm；（2）由表5-9、表5-12：在次邊孔正彎矩橫橋向偏心和對稱最不利荷載作用下，次邊孔跨中最大撓度值為-3.14mm，小于理論值-5.81mm；（3）由表5-8表5-12知：各測點撓度校驗系數(shù)最大為0.90，小于規(guī)范允許值1.0；（4）各工況控制斷面的實

20、測撓度與理論撓度對比曲線吻合較合，說明橋梁整體性好。綜上所述，該橋試驗孔橋梁整體性好，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計荷載要求。表 8 邊孔正彎矩最不利位置加載工況邊梁撓度數(shù)據(jù)表測點撓度數(shù)值偏心加載工況邊孔次邊孔支點L/4L/23L/4支點L/4L/23L/4支點實測值（mm）0.00 -2.25 -3.84 -2.32 0.00 0.80 0.92 0.40 0.00 理論值（mm）0.00 -5.19 -7.33 -4.29 0.00 2.18 2.28 1.22 0.00 校驗系數(shù)/0.43 0.52 0.54 /0.37 0.41 0.33 / 測點撓度數(shù)值對稱加載工況邊孔次邊孔支點L/4L/23L/

21、4支點L/4L/23L/4支點實測值（mm）0.00 -1.67 -3.21 -1.97 0.00 0.73 0.85 0.54 0.00 理論值（mm）0.00 -2.79 -3.94 -2.31 0.00 1.12 1.17 0.63 0.00 校驗系數(shù)/0.60 0.81 0.85 /0.65 0.73 0.86 /邊孔正彎矩最不利位置曲線偏心加載工況邊梁撓度曲線邊孔正彎矩最不利位置曲線對稱加載工況邊梁撓度曲線表 9 次邊孔正彎矩最不利位置加載工況邊梁撓度數(shù)據(jù)表測點撓度數(shù)值偏心加載工況邊孔次邊孔支點L/4L/23L/4支點L/4L/23L/4支點實測值（mm）0.00 1.06 1.27

22、 1.19 0.00 -2.05 -3.14 -2.33 0.00 理論值（mm）0.00 1.52 2.56 2.26 0.00 -3.86 -5.81 -3.49 0.00 校驗系數(shù)/0.70 0.50 0.52 /0.53 0.54 0.67 / 測點撓度數(shù)值對稱加載工況邊孔次邊孔支點L/4L/23L/4支點L/4L/23L/4支點實測值（mm）0.00 0.73 1.06 0.99 0.00 -1.66 -2.50 -1.15 0.00 理論值（mm）0.00 0.82 1.37 1.22 0.00 -1.98 -2.98 -1.79 0.00 校驗系數(shù)/0.89 0.77 0.81

23、/0.84 0.84 0.64 /次邊孔正彎矩最不利位置曲線偏心加載工況邊梁撓度曲線次邊孔正彎矩最不利位置曲線對稱加載工況邊梁撓度曲線表 10 支點負彎矩最不利位置加載工況邊梁撓度數(shù)據(jù)表測點撓度數(shù)值偏心加載工況邊孔次邊孔支點L/4L/23L/4支點L/4L/23L/4支點實測值（mm）0.00 -1.12 -2.34 -1.15 0.00 -1.15 -1.83 -1.21 0.00 理論值（mm）0.00 -3.30 -4.74 -2.35 0.00 -1.56 -2.99 -1.84 0.00 校驗系數(shù)/0.34 0.49 0.49 /0.74 0.61 0.66 /支點負彎矩最不利位置曲

24、線偏心加載工況邊梁撓度曲線表 11 邊孔跨中加載工況邊孔撓度數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ确治霰頊y點撓度數(shù)值邊孔跨中偏心工況邊孔跨中測點撓度1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁實測值（mm）-3.84 -3.66 -3.90 -3.03 -2.48 -1.21 理論值（mm）-7.33 -8.00 -8.16 -7.22 -4.76 -1.64 校驗系數(shù)0.52 0.46 0.48 0.42 0.52 0.73 測點撓度數(shù)值邊孔跨中對稱工況邊孔跨中測點撓度1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁實測值（mm）-3.21 -3.24 -3.24 -3.12 -2.90 -1.89 理論值（mm）-3.94 -6.55 -8.06 -8.06 -6.55 -3.94 校驗系數(shù)0.81 0.49 0.40 0.39 0.44 0.48 邊孔跨中偏心工況邊孔跨中測點撓度橫向曲線邊孔跨中對稱工況邊孔跨中測點撓度橫